第6章 汽车的平顺性1-2

第6章

汽车的平顺性

汽车理论（许兆棠等编）机械工业出版社课件制作：许兆棠6.1汽车平顺性的概述6.2人体对振动的反应和平顺性的评价6.3汽车振动系统的简化6.4车身单质量系统的振动分析6.5车身与车轮双质量系统的振动分析6.6半主动悬架和主动悬架的控制原理6.7“人体—座椅”系统的振动分析6.8影响汽车平顺性的主要因素讲授内容6.1汽车平顺性的概述1汽车平顺性的定义及路面-汽车-人系统

汽车的平顺性定义为避免汽车在行驶过程中产生的振动和冲击使人感到不舒服、疲劳甚至损害健康，或使货物损坏的性能。它是评价汽车使用性能的一项重要指标。根据汽车平顺性的定义，汽车的平顺性与乘员的舒适性有关。

汽车的舒适性包括：1）平顺性；2）车内噪声；3）空气调节性能（温度、湿度、气流等）；4）乘坐环境（活动空间、内部设备、布置、装饰、脚踏板高度、车门及通道宽度等）；5）驾驶操作性能（驾驶操作的轻便性、仪表和信号设备的易辨认性等）。汽车的平顺性是评价汽车舒适性的内容之一。人驾驶的汽车货车载人的智能汽车6.1汽车平顺性的概述“路面-汽车-人系统：汽车的弹性、阻尼和质量元件组成振动系统。汽车的振动使车上的人和货物产生振动的加速度，悬架弹簧产生动挠度，车轮和路面之间产生动载荷。

汽车的平顺性主要用加权加速度均方根（也称计权均方根加速度）评价，另考虑撞击悬架缓冲块的概率。图6-1“路面-汽车-人”系统的框图人驾驶的汽车货车载人的智能汽车6.1汽车平顺性的概述

2路面不平度路面不平度是路面高低不平的程度，随道路的延伸而变化，通常把路面相对基准平面的高度沿道路走向长度I的变化

称为路面纵剖面曲线或不平度函数或路面不平度，可用水准仪或路面计测得路面不平度函数。路面不平，引起汽车的振动，是汽车振动的激振源。路面不平度具有统计特性，应该用随机振动的方法和路面不平度函数研究汽车的平顺性。图6-2路面纵剖面曲线6.2.1人体对振动的反应6.2.2平顺性的评价模型6.2.3平顺性的评价方法6.2人体对振动的反应和平顺性的评价6.2.1人体对振动的反应人体对振动的反应取决于客观因素和主观因素，这两个因素共同影响人体对振动的反应，是个复杂的问题。客观因素包括振动的频率、强度、作用方向和持续时间。

主观因素包括每个人的生理与心理素质不同，对振动的敏感程度有很大差异。图6-3人体对振动的反应6.2.2平顺性的评价模型国家标准GB/T13441.1-2007《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部分:一般要求》用于评价汽车的平顺性，该标准参照国际标准ISO2631-1997（E）《机械振动与冲击人体暴露于全身振动的评价第1部份：一般要求》制定。另国家标准GB/T4970－2009《汽车平顺性试验方法》用于汽车平顺性的试验。图6-4人体坐姿的受振模型人体坐姿的受振模型:考虑座椅支承面处输入点3个方向的线振动，还考虑该点3个方向的角振动．以及座椅靠背和脚支承面两个输入点各3个方向的线振动，共3个输入点12个轴向的振动，从中选取振动，进行平顺性的评价。6.2.3平顺性的评价方法

1平顺性的评价方法概述振动对人体影响的评价包括振动对人体的健康、舒适、感知（感知振动）、运动病（头晕、呕吐、恶心）4个方面影响的评价。当振动波形峰值系数（也称为波形因数，它是加权加速度时间历程的峰值与加权加速度均方根值的比值）小于或等于9时，用基本评价方法，即用加权加速度均方根值来评价振动对人体的健康、舒适和感知的影响，振动的1/3倍频带的中心频率范围为0.5Hz～80Hz。

当振动波形峰值系数大于9时，基本评价方法不适用，要用附加评价方法评价振动对人体的运动病影响，振动的1/3倍频带的中心频率范围为0.1Hz～0.5Hz。6.2.3平顺性的评价方法2.平顺性的基本评价方法（1）根据加权加速度时间历程计算单轴向加权加速度均方根值

先通过试验，由图6-4中振动输入点的加速度或角加速度传感器，获得振动的加速度时间历程，再通过相应的频率加权函数的滤波网络获得加权加速度时间历程。获得加权加速度时间历程后，按式（6-1）计算单轴向加权加速度均方根值：（6-1）6.2.3平顺性的评价方法

（2）根据功率谱密度函数计算单轴向加权加速度均方根值

先通过试验，由图6-3中振动输入点的加速度或角加速度传感器，获得振动的加速度时间历程，再进行频谱分析，获得功率谱密度函数。当获得功率谱密度函数后，按式（6-2）计算1/3倍频带宽加速度均方根值：（6-2）然后，按式（6-3）计算单轴向加权加速度均方根值：（6-3）6.2.3平顺性的评价方法

（3）多轴向总的加权加速度均方根值

多轴向总的加权加速度均方根又称为计权均方根加速度的振动总量，是某个输入点的多方向的合成振动，按式（6-4）计算多轴向总的加权加速度均方根值：（6-4）6.2.3平顺性的评价方法

（3）振动对人体的健康、舒适和感知的影响的评价方法

座椅支承面上移动量的单轴向加权加速度均方根值的最大值用于振动对人体健康影响的评估；座椅支承面上的移动量相近时，用座椅支承面上移动量的多轴向总的加权加速度均方根值评估振动对人体健康的影响。

3个输入点中的每个点的移动量或转动量的多轴向总的加权加速度均方根值用于振动对人体舒适程度影响的评价；在有多点振动影响人体舒适的情况下，用多点、多轴向总的加权加速度均方根值评价振动对人体舒适程度的影响，包括对人体舒适程度有影响的座椅支承面上的旋转量。3个上移动量的单轴向加权加速度均方根值的最大值用于振动对人体感知影响的评估；座椅支承面上的移动量相近时，用座椅支承面上移动量的多轴向总的加权加速度均方根值评估振动对人体感知的影响。图6-4人体坐姿的受振模型6.2.3平顺性的评价方法表6-1频率加权函数、轴加权系数位置坐标轴名称频率加权函数健康评估和水平振动明显影响舒适的轴加权系数k舒适评估的轴加权系数k感知评估的轴加权系数k座椅支承面1.401.001.001.401.001.001.001.001.00

0.63

0.40

0.20

靠背

0.80

0.50

0.40

脚

0.25

0.25

0.40

6.2.3平顺性的评价方法

（4）人体舒适程度的评价

人体的舒适程度是人对舒适的主观感觉，用多轴向总的加权加速度均方根值或加权振级进行评价，见表6-2。有些“人体振动测量仪”采用加权振级，它与加权加速度均方根值的换算公式为：（6-5）式中，为参考加速度均方根值，。6.2.3平顺性的评价方法表6-2人体舒适程度的评价加权加速度均方根值

/(m/s2)

加权振级

/dB人对舒适的主观感觉<0.315110没有不舒适0.315~0.63110~116有些不舒适0.5~1.0114~120比较不舒适0.8~1.6118~124不舒适1.25~2.5112~128很不舒适>2.0126极不舒适6.2.3平顺性的评价方法3.平顺性的附加评价方法附加评价方法有运行均方根法和振动剂量法。人体受单个幅值时间段的振动时，用单个振动剂量评价。单个振动剂量为：（6-6）当人体受多个幅值时间段i的振动时，用多个幅值时段i的振动剂量评价。多个幅值时间段i的振动剂量为：（6-7）6.3汽车振动系统的简化

1七自由度振动模型四轮汽车的车身—车轮七自由度振动模型：车架及车架上方的车身零部件简化为刚性的车身，其质量为m2，质心在车身的对称平面上；4个车轮简化为4个圆柱体，前、后轮的质量分别为m1f和m1r；车轮与车身、路面分别通过弹簧和阻尼连接。车身有垂直、俯仰、侧倾3个自由度，4个车轮有4个垂直自由度，整车共7个自由度。图6-5车身—车轮七自由度振动模型6.3汽车振动系统的简化

2四自由度振动模型四轮汽车的车身—车轮四自由度振动模型：考虑汽车左右振动相同、车身无侧倾后，由车身—车轮七自由度振动模型简化为车身—车轮四自由度振动模型。车身有垂直、俯仰2个自由度，车轮有2个垂直自由度，整车共4个自由度。图6-6车身—车轮四自由度振动模型6.3汽车振动系统的简化

3双自由度振动模型四轮汽车的车身—车轮双自由度振动模型：考虑汽车前后振动相同及车身无俯仰后，由四自由度振动模型简化为车身—车轮双自由度振动模型，也称为车身—车轮2自由度振动模型，或车身—车轮双质量振动模型。车身和车轮各有1个垂直自由度，整车共2个自由度。车身—车轮双自由度振动模型中有车身和车轮两个质量。图6-